Bài giảng kết cấu bê tông cốt thép đại học thủy lợi

Nguyên tắc cấu t Nguyên tắc cấu tạạoo•• Bố trí CT để chịu ứng suất kéo Bố trí CT để chịu ứng suất kéo •• Bố trí CT ở vùng nén cấu t Bố trí CT ở vùng nén cấu tạạo, trợ lực cho bê tông o,

Vị trí môn học

Kết cấu gạch đá

Sân vận động quốc gia Mỹ Đình

Cầu Bãi Cháy

Đường trên cao vành đai Đường trên cao vành đai 3 3

Đập vòm bê tông Nậm Chiến

Bản mặt bê tông cốt thép đ

Bản mặt bê tông cốt thép đậập đ p đá á đ đổ ổ Tuyên Quang Tuyên Quang

Nhà má

Nhà máy thủy điện Tuyên Quang y thủy điện Tuyên Quang

Tràn n xả lũ Nhà má xả lũ Nhà máy thủy điện Tuyên Quang y thủy điện Tuyên Quang

Đập thủy điện Sơn La (18/0

Đập thủy điện Sơn La (18/03/2012) 3/2012)

Trạm bơm Yên Sở

Cống ngăn nước

Cầu máng dẫn nước

Kênh dẫn nước

Nội dung môn học

• Chương 1: Đại cương về bê tông cốt thép

• Chương 2: Nguyên lý tính toán và cấu tạo BTCT

• Chương 3: Cấu kiện chịu uốn

• Chương 4: Cấu kiện chịu kéo – Cấu kiện chịu nén

• Chương 5: Tính toán kết cấu BTCT theo TTGH II

• Chương 5: Tính toán kết cấu BTCT theo TTGH II

• Chương 6: Sàn phẳng

Ch−¬ng I

1.1 Khái niệm về bê tông cốt thép

1.2 Tính chất cơ lý của bê tông

1.3 Tính chất cơ lý của cốt thép

1.4 Một số tính chất của BTCT

1.1 Kh¸i niÖm chung

Nguyên tắc cấu t Nguyên tắc cấu tạạoo

•• Bố trí CT để chịu ứng suất kéo Bố trí CT để chịu ứng suất kéo

•• Bố trí CT ở vùng nén (cấu t Bố trí CT ở vùng nén (cấu tạạo, trợ lực cho bê tông) o, trợ lực cho bê tông)

Bố trí ố trí ccố ốt t thé thép p

Các yếu tố giúp làm việc chung

Thi c«ng KC BTCT

-Qui tr×nh thi c«ng BTCT

a ChuÈn bÞ cèt thÐp theo b¶n vÏ thiÕt kÕ

b ChuÈn bÞ khu«n theo h×nh d¸ng kÕt cÊu

KC BTCT l¾p ghÐp

P2 c¨ng CT & nÐn BT

•• C C¨¨ng tr−íc ( trªn bÖ) ng tr−íc ( trªn bÖ) •• C C¨¨ng sau (trªn ng sau (trªn BT ))

KC BTCT øng suÊt tr−íc

+ Kh¶ n

+ Kh¶ n¨¨ng chèng ng chèng + DÔ t¹o d¸ng theo yªu cÇu

kiÕn tróc

+ Ít tiÒn b¶o d−ìng

+ ChÞu löa tèt

nøt kÐm + C¸ch ©m, c¸ch nhiÖt kÐm

Nứ ứt KC BTCT t KC BTCT

Xử lý ử lý n nứ ứt KC BTCT t KC BTCT

Ăn

Ăn mò mòn KC BTCT n KC BTCT

S¬ l−îc lÞch sö ph¸t triÓn ( S¬ l−îc lÞch sö ph¸t triÓn (11))

Sơ lược lịch sử phát triển (2)

Từ đó tới nay : vẫn tiếp tục phát triển

theo 2 hướng : + vật liệu & công nghệ chế tạo

Tiêu chuẩn về BTCT

Vật liệu , thiết kế, thi công, nghiệm thu, sản phẩm đúc sẵn (TCVN 6025

Vật liệu , thiết kế, thi công, nghiệm thu, sản phẩm đúc sẵn (TCVN 6025 1997)1997)

TCVN 6025 BTBT phân mác theo cường độ chịu nénphân mác theo cường độ chịu nén

TCVN 3118 BT nặng BT nặng –– phương pháp xác định cường độ nénphương pháp xác định cường độ nén

TCVN 1651 Thép cốt BT cán nóng

TCVN 6285 Thép cốt BT Thép cốt BT –– thép thanh vằnthép thanh vằn

TCVN 5574 Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu BT & BTCT

TCVN 4116 Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu BT & BTCT thuỷ công

TCVN 4116 Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu BT & BTCT thuỷ công

TCXD 198 Nhà cao tầng, thiết kế kết cấu BTCT toàn khối

TCVN 5572 Bản vẽ thi công kết cấu BTCT

TCVN 4612 Ký hiệu qui ước & thể hiện bản vẽ kết cấu BTCT

TCVN 6048 Bản vẽ nhà & công trBản vẽ nhà & công trìình xây dựngnh xây dựng ký hiệu cho CTBTký hiệu cho CTBT

TCVN 4453 QF thi công & nghiệm thu kết cấu BT & BTCT toàn khối

TCVN 5724 ĐĐIều kiện kỹ thuật tối thiểu để thi công & nghiệm thu Iều kiện kỹ thuật tối thiểu để thi công & nghiệm thu

kết cấu BT & BTCT

TCXDVN 356:2005 Tiêu chuẩn thiết kế kết cấu BT & BTCT

1.2 Tính chất cơ lý của bê tông

1.2.1 Phân loại bê tông

1.2.2 Cường độ của bê tông

1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ

1.2.4 Mác bê tông

1.2.5 Biến dạng của bê tông

1.2.1 Phân loại bê tông

Theo cấu trúc: Bê tông đặc chắc (bê tông thông thường), bê tông tổ ong, bê tông xốp…

Theo trọng lượng riêng: Bê tông đặc biệt nặng γ>2,5 T/m3, bê tông nặng γ=1,8 ÷ 2,5 T/m3, bê tông nhẹ γ<1,8 T/m3

tông nặng γ=1,8 ÷ 2,5 T/m , bê tông nhẹ γ<1,8 T/m

Theo chất kết dính: Bê tông dùng ximăng, bê tông dùng chất dẻo, bê tông dùng thạch cao …

Theo phạm vi sử dụng: Bê tông làm kết cấu chịu lực, bê tông cách nhiệt, bê tông chống xâm thực …

Theo thành phần cốt liệu: Bê tông thường, bê tông cốt liệu

bé, bê tông lèn đá hộc…

1.2.2 Cường độ của bê tông

Cường độ (strength) là một chỉ tiêu cơ học thể hiện khả năng chịu lực của vật liệu.

Khi mới trộn, bê tông ở trạng thái nhão mềm, chưa có cường độ.

Khi đông cứng, cường độ ban đầu tăng nhanh sau đó tăng chậm dần (đạt cường độ cơ bản sau 28 ngày với bê tông dùng XM Portland trong điều kiện bình thường).

Các loại cường độ: KÉO (tensile), NÉN

(compressive), cắt (shear), tính mỏi (fatigue)…

Mẫu nén

Cường độ chịu kéo

Cường độ chịu kéo Rk xác định thông qua các thí

nghiệm:

Mẫu chịu kéo

Mẫu chịu uốn

Mẫu chịu nén tách

(tensile splitting test)

Thông thường: Rk≈ (1/10 ÷ 1/20) và có thể lấy theo công thức kinh nghiệm Ví dụ: fct = 7.5(f’c)0.5 (ACI)

Mẫu kéo

1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến

cường độ BT

1) Chất lượng Xi măng

2) Tỷ lệ Nước/Xi măng

3) Cường độ và độ sạch của cốt liệu

4) Lực dính giữa vữa xi măng và cốt liệu

1.2.4 Mác bê tông (TCVN 5574:1991)

Mác bê tông theo khả năng chịu nén (M): giá trị trung bình thống

lập phương cạnh a = 15 cm, chế tạo và dưỡng hộ trong điều kiện tiêuchuẩn và thí nghiệm nén ở tuổi 28 ngày

Bê tông nặng có các mác: M100, M150, M200, M250, M300, M350,M400, M500, M600

Mác bê tông theo khả năng chịu kéo (K): giá trị trung bình thống kê

kéo tiêu chuẩn, chế tạo và dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn và thínghiệm kéo ở tuổi 28 ngày

Ví dụ: K10, K15, K20, K25, K30, K35, K40

Mác bê tông theo khả năng chống thấm (W):

Ví dụ: W2, W4, W6, W8, W10, W12

CẤP ĐỘ BỀN BÊ TÔNG (TCVN 356:2005)

Cấp độ bền chịu nén (B): giá trị trung bình thống kê củacường độ chịu nén tức thời (Mpa) với xác suất đảm bảo khôngdưới 95% xác định trên các mẫu lập phương cạnh a=15cm chếtạo, dưỡng hộ trong điều kiện tiêu chuẩn, thí nghiệm nén ở 28ngày tuổi

Ví dụ: B7,5; B10; B12,5; B15; B20; B22,5; B25; B27,5; B30;B35; B40; B45

cường độ chịu kéo tức thời (Mpa) với xác suất đảm bảo khôngdưới 95% xác định trên các mẫu kéo tiêu chuẩn chế tạo, dưỡng

hộ trong điều kiện tiêu chuẩn, thí nghiệm kéo ở 28 ngày tuổi

Ví dụ: Bt0,4; Bt0,8; Bt1,2; Bt1,6; Bt2,0; Bt2,4; Bt2,8; Bt3,2

Bảng qui đổi từ mác sang cấp độ bền: PHỤ LỤC A trang 150 TCVN 356: 2005.

1.2.5 Biến dạng của Bê tông

A Biến dạng do tải trọng ngắn hạn

- Môđun đàn hồi:

Thí nghiệm: Nén mẫu lăng trụ với

tải trọng ngắn hạn đến khi mẫu bị

phá huỷ → đường cong σ-ε.

Nén mẫu đến A rồi giảm tải →

A

σ

đường cong σ-ε không quay lại

điểm O mà về điểm C → BT không

phải là VL đàn hồi hoàn toàn mà là

εεεεεεεεdεεεεεεεεđh

α0α

εεεεεεεε

Khi tải trọng nhỏ→BT vẫn làm việc trong giai đoạn đàn hồi→ν≈1;

λ≈0

Môđun đàn hồi ban đầu của BT (Modulus of elasticity):

Eb= tgαα0 = σσb/εεεεđh

Môđun biến dạng khi chịu nén của BT:

Eb’ = tgααα = σσb/εεεεb = νσνσb/εεεεđh = νννEb

Mô đun chống cắt:

B Biến dạng do tải trọng dài hạn - Từ biến :

Biến dạng từ biến: Biến dạng tăng thêm khi tải trọng không tăng

D Biến dạng cực hạn

Là biến dạng lớn nhất trong kết cấu trước khi bị phá hoại.

Cấu kiện chịu nén đúng tâm:

1.3 Tính chất cơ lý của cốt thép

1.3.1 Phân loại cốt thép

1.3.2 Tính chất cơ lý

Theo phương pháp chế tạo:

– Cốt thép cán nóng: d>10mm, thanh dài 11,7m, d<10, cuộn<0,5T – Cốt thép kéo nguội (Sau khi cán nóng)

– Cốt thép gia công nhiệt: nung đến 950 0 C, tôi nhanh vào nước hoặc dầu, nung đến 400 0 C rồi làm nguội từ từ, cường độ cao hơn.

1.3.2 Tính chất cơ lý của cốt thép

Biểu đồ quan hệ ứng suất biến dạng:

σB - Giới hạn bền: giá trị ứng suất lớn nhât trước khi mẫu thép bị đứt

σT ( σch ) - Giới hạn chảy

Thép dẻo: σT = ứng suất tại thềm chảy

Thép dòn: σT quy ước lấy bằng ứng suất tương ứng với biến

dạng dư 0,2%

σđh - Giới hạn đàn hồi

σđh - Giới hạn đàn hồi

Thép dẻo:σđh = ứng suất tại điểm cuối giai đoạn đàn hồi

Thép dẻo: σđh quy ước lấy bằng ứng suất tương ứng với biến

BT sang CT và ngược lại.

Các nhân tố tạo nên lực dính:

o Bề mặt ghồ ghề của CT → phần BT nằm giữa các gờ ngăn cản sự dịch chuyển của CT so với BT

o Khi BT co ngót, nó sẽ ôm chặt lấy CT làm tăng lực

ma sát giữa chúng.

Thí nghiệm xác định lực dính:

Kéo hoặc đẩy một thanh thép ra khỏi khối BT

l - Chiều dài đoạn cốt thép neo trong BT

d - Đường kính thanh thép

N - Lực kéo tuột thanh thép khỏi BT

Xác định chiều dài l = ? để thanh thép không bị tuột khỏi khối BT Khi tăng N → có 2 khả năng xảy ra với đoạn cốt thép: Đứt và

tuột → Lực kéo tuột > lực kéo đứt để đoạn cốt thép đứt rồi mà vẫn chưa tuột: Ntuột = τπdl ≥ Nđứt = σTπd2/4 → l ≥ ≥ ≥ σ σTd/4τ τττ

Ứng suất nội tại trong BTCT:

Ứng suất ban đầu do sự co ngót của bêtông:

• Khi BT không có CT → BT co ngót tự do.

• Khi có CT → do lực dính CT cản trở sự co ngót của BT → BT chịu ứng suất kéo còn CT chịu ứng suất nén.

Sự phân phối lại ứng suất do từ biến:

• CT cũng cản trở biến dạng từ biến của BT giống như cản trở sự co ngót.

• Trong CK chịu nén, biến dạng do từ biến của BT bị CT cản trở → ƯS nén trong BT giảm, ƯS nén trong CT tăng → ƯS trong BT và CT được phân phối lại do từ biến.

• Ngoài ra, sự thay đổi nhiệt độ, độ ẩm, sự hình thành khe nứt, biến dạng dẻo của BT và CT cũng gây ra sự phân phối lại ứng suất trong BT và CT.